(57)【要約】【課題】  移動体に搭載される電子機器に実装し易い、取り付け角度算出装置を提供すること【解決手段】  図１において、取り付け角度算出部１２は、速度センサ２、加速度センサ１０及び角速度センサ１１と電気的に接続される。速度センサ２は、移動体の移動速度を検出する。加速度センサ１０は、１軸及び２軸方向への移動体の加速度を検出する。角速度センサ１１は、移動体の３軸回りの角速度を検出する。取り付け角度算出部１２は、速度センサ２から移動速度を、加速度センサ１０から加速度を、さらに角速度センサ１１から角速度を取得する。次に、取り付け角度算出部１２は、補正値格納部１３に格納されている補正値を使って、取得した加速度を補正する。次に、取り付け角度算出部１２は、取り付け角度を算出する。【選択図】  図１
2005147696.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
移動体に搭載される電子機器に組み込み可能な取り付け角度算出装置であって、
前記移動体の２軸方向への加速度を検出可能な加速度センサと、
前記移動体の角速度を検出する角速度センサと、
前記移動体の速度を検出する速度センサと接続されており、前記加速度センサで検出される加速度と、前記角速度センサで検出される角速度と、前記速度センサで検出される速度とに基づいて、前記電子機器の筐体が取り付けられている角度を算出する取り付け角度算出部とを備える、取り付け角度算出装置。
【請求項２】
前記移動体が略水平面に静止しているという条件下で前記加速度センサから出力された加速度を補正値として格納する補正値格納部をさらに備え、
前記取り付け角度算出部は、前記加速度センサから出力された加速度に、前記補正値格納部に格納された補正値を加算して、前記加速度センサから出力された加速度を補正した後に、前記筐体の取り付け角度を算出する、請求項１に記載の取り付け角度算出装置。
【請求項３】
前記取り付け角度算出部は、前記速度センサから得られる速度を微分することにより得られる加速度をさらに使って、前記筐体の取り付け角度を算出する、請求項２に記載の取り付け角度算出装置。
【請求項４】
前記取り付け角度算出部はさらに、自身が算出した前記筐体の取り付け角度に統計的処理を行う、請求項１に記載の取り付け角度算出装置。
【請求項５】
前記取り付け角度算出部は、前記筐体の取り付け角度を複数回算出し、算出した全ての取り付け角度の平均値を算出する、請求項４に記載の取り付け角度算出装置。
【請求項６】
前記移動体の重心位置から前記筐体への距離を示す距離情報を格納する位置情報格納部をさらに備え、
前記取り付け角度算出部は、前記位置情報格納部に格納される距離情報をさらに使って、前記筐体の取り付け角度を算出する、請求項１に記載の取り付け位置算出装置。
【請求項７】
前記取り付け角度算出部は、前記移動体の加速度及び／又は移動速度と、前記位置情報格納部に格納された距離情報とから、前記移動体の重心位置から前記筐体への距離を導出し、導出した距離をさらに使って、前記筐体の取り付け角度を算出する、請求項６に記載の取り付け角度算出装置。
【請求項８】
移動体の速度を検出する速度センサと接続される自律航法センサであって、
前記移動体の加速度を検出する加速度センサと、
前記移動体の角速度を検出する角速度センサと、
前記加速度センサで検出される加速度と、前記角速度センサで検出される角速度と、前記速度センサで検出される速度とに基づいて、前記移動体に搭載される電子機器の筐体が取り付けられている角度を算出する取り付け角度算出部と、
前記加速度センサから出力された加速度と、前記取り付け角度算出部から出力された筐体の取り付け角度とから、前記移動体の慣性加速度を算出する加速度補正部と、
前記速度センサから出力された速度と、前記加速度補正部から出力された慣性加速度とから、前記移動体が現在位置する面の傾斜角を算出する傾斜角算出部と、
前記傾斜角算出部から出力された傾斜角と、前記取り付け角度算出部から出力された筐体の取り付け角度とを使って、前記角速度センサから出力された角速度を補正する角速度補正部と、
前記角速度補正部で補正された角速度から、前記移動体の方位角を算出する方位角算出部とを備える、自律航法センサ。
【請求項９】
移動体に搭載される電子機器の筐体の取り付け角度を算出する方法であって、
前記移動体に設置された加速度センサから加速度を取得し、前記移動体に設置された角速度センサから角速度を取得し、さらに、前記移動体に設置された速度センサから速度を取得する第１のステップと、
前記第１のステップで取得された前記移動体の加速度、角速度及び速度とに基づいて、前記筐体の取り付け角度を算出する第２のステップとを備える、取り付け角度算出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、取り付け角度算出装置に関し、より具体的には、移動体に搭載される電子機器の筐体が取り付けられた角度を算出する取り付け角度装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、上記電子機器の一例としてのナビゲーションシステムは、例えば車両のような移動体の現在位置を自律的に算出するために、典型的には角速度センサ及び加速度センサを含む自律航法センサを備えている。しかしながら、各自律航法センサは、所定の方向を向くような正しい姿勢で取り付けられなければ、それぞれの取り付け角度に起因する誤差を含む検出結果を出力する。このような誤差は、ナビゲーションシステムが算出する現在位置に伝搬し、その結果、ナビゲーションシステムは、誤差を含む現在位置を算出してしまう。
【０００３】
以上のように、ナビゲーションシステムの筐体（以下、単に筐体と称する）は、移動体に対して正しい姿勢で設置される必要がある。しかしながら、正しい姿勢で筐体を設置することは設置者に大きな負担を強いるので、従来から、筐体の取り付け角度を算出して、各自律航法センサの出力を補正する装置（以下、取り付け角度算出装置と称する）が提案されている。このような取り付け角度算出装置の中には、３軸に対する加速度を検出する加速度センサから得られる各出力値を用いて、車両のロール方向、ピッチ方向及びヨー方向に対する筐体の取り付け角度を算出するものがある（例えば、特許文献１を参照）。
【特許文献１】特開平１０−３３２４１５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、大抵のナビゲーションシステムは、２軸に対する加速度を検出する加速度センサを使って自律的に現在位置を算出する。しかしながら、従来の取り付け角度算出装置は、３軸に対する加速度を検出する加速度センサを必要とするため、製造コスト及び／又は設置スペースの問題から、移動体に搭載される電子機器としてのナビゲーションシステムに実装し難いという問題点がある。
【０００５】
また、製造コスト及び／又は設置スペースの観点から、ナビゲーションシステムに、３軸方向への加速度センサが搭載０されている場合には、このような加速度センサの出力値から取り付け角度を導出できる方が好ましい。
それ故に、本発明の目的は、移動体に搭載される電子機器に実装し易い、取り付け角度算出装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明の一局面は、移動体に搭載される電子機器に組み込み可能な取り付け角度算出装置であって、移動体の２軸方向への加速度を検出可能な加速度センサと、移動体の角速度を検出する角速度センサと、移動体の速度を検出する速度センサと接続されており、加速度センサで検出される加速度と、角速度センサで検出される角速度と、速度センサで検出される速度とに基づいて、電子機器の筐体が取り付けられている角度を算出する取り付け角度算出部とを備える。
【発明の効果】
【０００７】
以上の局面によれば、２軸方向への加速度を使って、筐体の取り付け角度を算出することができる。つまり、取り付け角度算出装置は、大抵のナビゲーションシステムで使われている２軸の加速度センサの出力値を使って、筐体の取り付け角度を算出することができる。これによって、ナビゲーションシステムに実装し易い、取り付け角度算出装置を提供することが可能となる。また、ナビゲーションシステムに、３軸方向への加速度を検出する加速度センサが実装されている場合であっても、このような加速度センサから取得可能な２軸方向への加速度から、取り付け角度算出部は取り付け角度を算出することが可能となる。従って、３軸の加速度センサがナビゲーションシステムに実装されている場合であっても、取り付け角度算出装置にわざわざ２軸の加速度センサを実装する必要がなくなるので、ナビゲーションシステムに実装し易い、取り付け角度算出装置を提供することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
（実施形態）
図１は、本発明の一実施形態に係る取り付け角度算出装置１の構成を示すブロック図である。図１において、取り付け角度算出装置１は、移動体に搭載される電子機器の一例としてのナビゲーションシステムに実装されており、ナビゲーションシステムの筐体（以下、単に筐体と称する）が取り付けられた角度を算出する。このような取り付け角度の算出のために、取り付け角度算出装置１は、加速度センサ１０と、角速度センサ１１と、取り付け角度算出部１２と、補正値格納部１３とを備える。
【０００９】
加速度センサ１０は、予め定められた２軸方向への移動体の加速度を検出する。このような加速度センサ１０が移動体に対して正しい姿勢で設置された場合、加速度センサ１０によって、移動体の進行方向への加速度と、移動体の進行方向に水平面内で直交する方向への加速度とが検出される。以下、図２及び図３に示すように、移動体の進行方向をＹ軸方向と称し、移動体の進行方向に水平面内で直交する方向をＸ軸方向と称する。また、本実施形態では、移動体の重心位置を通過し、Ｘ軸及びＹ軸に直交する方向をＺ軸方向と称する。以下、これらＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸からなる座標系を車両座標系と称する。なお、本実施形態では、好ましい例として、取り付け角度算出装置１は、上述のような２軸の加速度センサ１０を備えるとして説明するが、加速度センサ１０の代わりに、Ｘ軸方向及びＹ軸方向への加速度を個々に検出する１軸の加速度センサを２個備えていても構わない。
【００１０】
角速度センサ１１は、移動体のＺ軸回りの角速度を検出する。このような角速度センサ１１が移動体に対して正しい姿勢で設置されている場合、角速度センサ１１によって、Ｚ軸回りに移動体が回転する際の角速度（つまり、ヨーレート）が検出される。
【００１１】
取り付け角度算出部１２は、典型的には、ＣＰＵ、ＲＯＭ及びＲＡＭとを含んでおり、加速度センサ１０、角速度センサ１１及び速度センサ２と電気的に接続される。速度センサ２は、移動体の移動速度を検出する。移動体が車両の場合には、速度センサ２は好ましく、移動体の一例としての車両に元々設置されており、車両の走行速度に応じてパルス周期が変化する車速パルスを発生する車速パルス発生装置である。なお、本実施形態では、好ましい例として、速度センサ２は車両に元々設置されているとして説明するが、これに限らず、取り付け角度算出装置１が速度センサ２を内蔵していても良い。ＣＰＵは、ＲＯＭに予め格納されるコンピュータプログラムを、ＲＡＭを使って実行する。コンピュータプログラムの実行中、取り付け角度算出部１２は、加速度センサ１０から得られる各加速度、角速度センサ１１から得られる角速度、及び速度センサ２から得られる移動速度を少なくとも用いて、筐体の取り付け角度を算出する。
【００１２】
補正値格納部１３は、例えば上記ＲＡＭの記録領域の一部で構成されており、取り付け角度算出部１２と電気的に接続される。このような補正値格納部１３は、所定の条件下で加速度センサ１０から出力された加速度を、補正値として格納する。取り付け角度算出部１２は好ましくは、移動体の加速度、角速度及び移動速度に加え、格納された補正値をさらに使って、取り付け角度を算出する。なお、本実施形態では例示的に、補正値格納部１３は、ＲＡＭの記録領域から構成されるとして説明するが、これに限らず、情報を記録可能な記憶装置であれば、どのようなもので構成されても構わない。
【００１３】
次に、以上のような構成の取り付け角度算出装置１の処理を詳細に説明する。最初に、補正値格納部１３への補正値の格納処理について説明する。まず、取り付け角度算出装置１は、移動体に設置された後、略水平面とみなせる場所（例えば、平坦な路面）に移動体が静止している状態で、加速度センサ１０は、Ｘ軸及びＹ軸の両方向への加速度を検出する。検出された各加速度を、補正値格納部１３は補正値として格納する。なお、以下、説明の便宜上、Ｘ軸方向への補正値をＸｓ０とおき、Ｙ軸方向への補正値をＹｓ０とおく。なお、このような格納処理は、例えば、略水平面に移動体が静止しているとユーザにより判断され、さらにユーザが取り付け角度算出装置１に対して所定の操作を行った後に行われる。他にも、移動体の移動速度が０であって、さらに水平面に対する移動体の傾斜角が０の場合に、上述の格納処理が行われても構わない。
【００１４】
ここで、図２は、図１に示す取り付け角度算出装置１により算出される取り付け角度θを示す模式図である。また、図３は、取り付け角度算出装置１により算出される取り付け角度φを示す模式図である。まず、図２において、取り付け角度θは、ＸＹ平面に対する筐体の仰角であり、言い換えれば、筐体の正しい姿勢に対してＸ軸回りに筐体が何度回転しているかを示す。また、図３において、取り付け角度φは、ＹＺ平面に対する筐体の方位角であり、言い換えれば、筐体の正しい姿勢に対してＺ軸回りに筐体が何度回転しているかを示す。このような角度のずれにより、加速度センサ１０は、Ｙ軸方向への加速度を検出するのではなく、Ｘ軸回りにＹ軸が角度θだけ回転した方向（図２の矢印Ｙｐを参照）への加速度（図２の矢印Ａｐを参照）、及び／又はＺ軸回りＹ軸が角度φだけ回転した方向（図３の矢印Ｙｙを参照）への加速度（図３の矢印Ａｙを参照）を検出することになる。ここで、加速度センサ１０は、Ｘ軸方向の加速度についてもＹ軸の場合と同様に誤差を含む加速度を検出する。さらに、角速度センサ１１もまた、取り付け誤差に起因してずれた軸回りの角速度を検出する。
【００１５】
今、Ｘ軸回り及びＺ軸回りのいずれかにのみ筐体が傾いている状態で、移動体が水平面上を加速度Ａで直進していると仮定する。このとき、加速度センサ１０により検出される加速度をＹｓとおく。ここで注意を要するのは、Ｙｓは、加速度センサ１０の１軸方向（図２の矢印Ｙｐの方向、又は図３の矢印Ｙｙの方向）への加速度である点である。以上の仮定下において、筐体がＸ軸回りに傾いている場合におけるＹｓをＡｐ（図２参照）とおくと、Ａｐは、θ及びφを用いて、下式（１）で表される。また、筐体がＺ軸回りに傾いている場合におけるＹｓをＡｙ（図３参照）とおくと、Ａｙは、下式（２）で表される。なお、説明の都合上、Ｘ軸回り及びＺ軸回りの回転については、時計回り方向を正方向とする。また、筐体がいずれの方向にも傾いていない場合には、θ及びφはそれぞれ０であるから、Ｙｓ＝Ａとなる。
【００１６】
【数１】
2005147696.tif 000003
次に、Ｘ軸回り及びＺ軸回りの双方に筐体が傾いている場合におけるＹｓ及びＸｓについて説明する。ここで、図４は、前述の車両座標系をＸ軸回りに角度θだけ回転させた座標系を示す模式図である。図４において、Ｚｐ軸及びＹｐ軸は、Ｚ軸及びＹ軸をＸ軸回りに角度θだけ回転させたものである。なお、Ｘｐ軸はＸ軸と同じである。また、図５は、Ｘ軸回りに角度θだけ回転させた車両座標系（図４参照）を、Ｚｐ軸回りに角度φだけさらに回転させた座標系を示す模式図である。図５において、Ｘｐｙ軸及びＹｐｙ軸は、図４に示すＸｐ軸及びＹｐ軸をＺｐ軸回りに角度θだけ回転させたものである。また、Ｚｐｙ軸は、図４のＺｐ軸と同じである。ここで、Ｘ軸回りに角度θだけ回転させるための回転行列をＲｘ（θ）、Ｚ軸回りに中心に角度φだけ回転させるための回転行列をＲｚ（φ）とすると、Ｘ軸及びＺ軸の両軸回りに回転した車両座標系（Ｘｐｙ，Ｙｐｙ，Ｚｐｙ）は、回転前の車両座標系（Ｘ，Ｙ，Ｚ）を用いて、下式（３）のように表される。
【００１７】
【数２】
2005147696.tif 000004
【００１８】
ここで、Ｒｚ（φ）・Ｒｘ（θ）は下式（４）のように表される。
【００１９】
【数３】
2005147696.tif 000005
【００２０】
今、移動体が水平面上を加速度Ａで移動していると仮定する。また、移動体にはさらに鉛直下向きの重力加速度Ｇが加わる。従って、移動体にかかる加速度のＸ軸方向成分は０であり、Ｙ軸方向成分はＡであり、Ｚ軸方向成分は−Ｇであるから、上式（３）に（Ｘ，Ｙ，Ｚ）＝（０，Ａ，−Ｇ）を代入すると、下式（５）が得られる。
【００２１】
【数４】
2005147696.tif 000006
【００２２】
従って、Ｘ軸及びＹ軸の双方がピッチ方向に角度θ及びヨー方向に角度φだけ傾いた状態で筐体が設置されている場合、加速度センサ１０から出力される加速度Ｘｓ及びＹｓはそれぞれ、下式（６）及び（７）で表される。
【００２３】
【数５】
2005147696.tif 000007
例えば、θ＝３０ｄｅｇ及びφ＝２０ｄｅｇの場合、加速度Ｘｓ及びＹｓは、下式（８）及び（９）のような値になる。
【００２４】
Ｘｓ＝ＫｘＡ＝−０．２９６２Ａ−０．１７１０Ｇ  …（８）
Ｙｓ＝ＫｙＡ＝  ０．８１３８Ａ＋０．４６９８Ｇ  …（９）
【００２５】
上式（９）における加速度Ａへの係数及び重力加速度成分から、加速度センサ１０から出力される加速度Ｙｓの感度は、進行方向への実際の加速度Ａに対して低下していることがわかる。
【００２６】
また、上式（６）及び（７）から、筐体がピッチ方向に傾いて取り付けられている場合、つまりθ≠０の場合、正確な加速度Ｘｓ及びＹｓを得るには、重力加速度成分を除去することが必要となる。なお、以下において、重力加速度成分の除去を、ゼロ点補正と称する。次に、このようなゼロ点補正について詳細に説明する。
【００２７】
前述のように、補正値格納部１３には、移動体が略水平面に静止しているという条件下で得られる加速度センサ１０の出力値Ｘｓ０及びＹｓ０がそれぞれ補正値として格納される。上述の条件下では進行方向への加速度は０であることから、これらＸｓ０及びＹｓ０はそれぞれ、上式（６）及び（７）にＡ＝０を代入することにより算出される。つまり、Ｘｓ０及びＹｓ０はそれぞれ、次式（１０）及び（１１）で表される値となる。
【００２８】
【数６】
2005147696.tif 000008
ここで、Ｘｄｒｉｆｔ及びＹｄｒｉｆｔは、例えば加速度センサ１０の内部誤差のように、重力加速度成分以外に起因する誤差である。
【００２９】
これらＸｓ０及びＹｓ０を用いることにより、加速度センサ１０の出力値Ｘｓ及び／又はＹｓに含まれる重力加速度成分を、ゼロ点ドリフトという形で補正することが可能となる。具体的には、補正後の加速度についてＸ軸方向成分をＸｓ’とおき、Ｙ軸方向成分をＹｓ’とおくと、Ｘｓ’及びＹｓ’はそれぞれ、次式（１２）及び（１３）で表される。
【００３０】
Ｘｓ’＝Ｘｓ＋Ｘｓ０  …（１２）
Ｙｓ’＝Ｙｓ＋Ｙｓ０  …（１３）
【００３１】
次に、本取り付け角度算出装置１における取り付け角度θ及びφの算出方法について説明する。なお、上述のように、筐体は移動体の重心位置に設置されていると仮定する。移動体が図６に示すように旋回する場合、移動体にはＸ軸方向への加速度（いわゆる、横Ｇ）がかかる。さらに、加速度センサ１０の各軸がヨー方向に傾いている場合、Ｘ軸方向への加速度の影響を、加速度センサ１０は受ける。今、移動体が定常円旋回し、さらに移動体の横滑り角も非常に小さいと仮定すると、移動体にかかるＸ軸方向への加速度Ａｘは下式（１４）で与えられる。
【００３２】
Ａｘ＝Ｖ・γ  …（１４）
ここで、Ｖは移動体の移動速度であり、γは移動体のヨーレートである。
【００３３】
移動体の進行方向への加速度がゼロであると仮定した場合、加速度Ａｘ及び重力加速度Ｇが加速度センサ１０に与える影響は、前式（３）に、（Ｘ，Ｙ，Ｚ）＝（Ａｘ，０，−Ｇ）を代入することにより、次式（１５）で与えられる。
【００３４】
【数７】
2005147696.tif 000009
【００３５】
上式（１５）より、ヨー方向に筐体が傾いていない場合、つまりφ＝０の場合には、加速度センサ１０の出力値Ｙｓ（＝Ｙｐｙ）は、移動体の旋回による加速度Ａｘの影響を受けないことがわかる。
次に、移動体に進行方向への加速度Ａがかかっている場合について説明する。この場合、（Ｘ，Ｙ，Ｚ）＝（Ａｘ，Ａ，−Ｇ）＝（Ｖ・γ，Ａ，−Ｇ）を前式（３）に代入することにより、Ｘｓ及びＹｓはそれぞれ、次式（１６）及び（１７）のように表される。
【００３６】
【数８】
2005147696.tif 000010
上式（１６）及び（１７）から重力加速度成分を、前式（１２）及び（１３）を用いて消去した後に、Ｘｓ’をＸＳとおき、さらにＹｓ’をＹＳとおくと、ＸＳ及びＹＳはそれぞれ、次式（１８）及び（１９）のように表される。
【００３７】
【数９】
2005147696.tif 000011
上式（１８）及び（１９）を用いることにより、取り付け角度θ及びφを導出することが可能となる。つまり、上式（１８）又は（１９）からｃｏｓθを消去すると、次式（２０）が得られる。
【００３８】
【数１０】
2005147696.tif 000012
また、ｃｏｓφとｓｉｎφとの間には、次式（２１）の関係が成り立つ。
【００３９】
【数１１】
2005147696.tif 000013
【００４０】
上式（２０）及び（２１）から、φは次式（２２）で表される。さらに、算出されたφを前式（１６）に代入した上で同式を整理することにより、次式（２３）で表されるθを得ることができる。
【００４１】
【数１２】
2005147696.tif 000014
【００４２】
上式（２２）及び（２３）において、Ｖは、移動体の移動速度であり、速度センサ２の出力値である。γは、移動体の角速度であり、角速度センサ１１の出力値である。Ａは、移動体の進行方向への加速度であり、速度センサ２の出力値Ｖを微分することにより得られる。また、ＸＳ及びＹＳはそれぞれ、加速度センサ１０の出力値Ｘｓ及びＹｓを補正した値である。従って、これら既知の値を上式（２２）及び（２３）に代入することにより、φ及びθを導出することができる。
【００４３】
なお、偏りの少ない取り付け角度を求める観点から、取り付け角度φ及びθを複数回求めることが好ましい。その後、各取り付け角度φ及びθを使って統計的手法が行われ、これによって、偏りの少ない取り付け角度φ*及びθ*が導出される。具体例としては、取り付け角度算出部１２は、上述の算出処理をｎ回繰り返し、その結果得られたｎ個の取り付け角度φ及びθの各平均値が、取り付け角度φ*及びθ*としてそれぞれ導出される。
【００４４】
なお、移動体が旋回していないとみなせる場合には、γは０と近似できる。従って、上式（２２）及び（２３）にγ＝０を代入すると、次式（２５）及び（２６）から、φ及びθを求めることができる。
【００４５】
【数１３】
2005147696.tif 000015
【００４６】
上式（２５）及び（２６）により、加速度センサ１０の出力値Ｘｓ及びＹｓと、速度センサ２からの移動速度のみからでも、取り付け角度φ及びθを導出することが可能となる。上式（２５）及び（２６）から導出された取り付け角度φ及びθは、前式（２２）及び（２３）から導出された取り付け角度φ及びθを検証するための基準値として用いることができる。なお、検証のため以外にも、上式（２５）及び（２６）から導出された取り付け角度φ及びθは、そのまま筐体の取り付け角度として使われても良い。
【００４７】
次に、図７のフローチャートを参照して、上記のような算出方法が組み込まれた取り付け角度算出部１２の処理について説明する。図７において、取り付け角度算出部１２は、速度センサ２から移動速度Ｖを、加速度センサ１０から加速度（Ｘｓ，Ｙｓ）を、さらに角速度センサ１１から角速度γを取得する（ステップＳ１）。
【００４８】
次に、取り付け角度算出部１２は、補正値格納部１３に格納されている補正値（Ｘｓ０，Ｙｓ０）を使って、ステップＳ１で得られた加速度（Ｘｓ，Ｙｓ）を補正する（ステップＳ２）。具体的には、前式（１２）に示すように、ＸｓにＸｓ０が加算され、それによって、取り付け角度算出部１２は、Ｘｓ’つまり、前式（１８）におけるＸＳを得る。さらに、前式（１３）に従って、取り付け角度算出部１２は、Ｙｓ’つまり前式（１９）におけるＹＳを算出する。
【００４９】
次に、取り付け角度算出部１２は、取り付け角度φ及びθを算出する（ステップＳ３）。具体的には、取り付け角度算出部１２は、ステップＳ１で得られた移動速度Ｖ及び角速度γ、並びにステップＳ２で得られた補正加速度ＸＳ及びＹＳを、前式（２２）に代入して、取り付け角度φを算出する。また、取り付け角度算出部１２は、ステップＳ１で得られた移動速度Ｖの微分値を加速度Ａとして算出した後、ステップＳ１で得られた角速度γ、今回算出した加速度Ａ並びにステップＳ２で得られた補正加速度ＸＳ及びＹＳを、前式（２３）に代入する。その結果、取り付け角度算出部１２は、取り付け角度θを得る。
【００５０】
なお、取り付け角度算出部１２は好ましくは、ステップＳ１−Ｓ３の複数回繰り返し、それによって得られる複数の取り付け角度φ及びθを使って統計的手法を行って、前述のような取り付け角度φ*及びθ*を導出してもよい。
【００５１】
以上のように、取り付け角度算出装置１によれば、２軸方向への加速度から、筐体の取り付け角度φ及びθを算出することができる。つまり、大抵のナビゲーションシステムで使われている２軸の加速度センサの出力値を使って、筐体の取り付け角度φ及びθを、取り付け角度算出装置１は算出することができる。これによって、ナビゲーションシステムに実装し易い、取り付け角度算出装置１を提供することが可能となる。
【００５２】
なお、ナビゲーションシステムに、３軸方向への加速度を検出する加速度センサが実装されている場合であっても、このような加速度センサから取得可能な２軸方向への加速度から、取り付け角度算出部１２は取り付け角度を算出することが可能となる。これによって、取り付け角度算出装置１にわざわざ２軸方向への加速度を検出する加速度センサを実装する必要がなくなる。
【００５３】
（変型例）
第１の実施形態では、筐体が移動体の重心位置に設置されると仮定されていた。しかしながら、実際には、筐体は車両の重心位置に設置されていない場合がある。以上の観点から、筐体と重心位置との位置関係に応じて、加速度センサ１０の出力値を補正する必要がある。以下、図８のブロック図を参照して、筐体及び重心位置の位置関係に応じた取り付け角度算出装置３を、取り付け角度算出装置１の変型例として説明する。図８において、取り付け角度算出装置３は、図１に示す取り付け角度算出装置１と比較すると、取り付け角度算出部１２に代えて、位置情報格納部３１及び取り付け角度算出部３２とを備える。それ以外に両取り付け角度算出装置１及び３には相違点は無いので、図８において、図１に示す構成に相当するものには同一の参照符号を付け、それぞれの説明を省略する。
【００５４】
位置情報格納部３１は、典型的には不揮発性の記憶装置で構成されており、既知の重心位置に対する筐体の位置関係を示す距離情報を格納する。筐体は、図９に示すように、重心位置を原点とした車両座標系において、Ｘ軸方向に距離ｄだけ離れ、Ｙ軸方向に距離Ｌだけ離れた位置に設置される。ここで、ｄ及びＬは任意の数である。このような場合、距離情報として、原点からの距離（Ｌ，ｄ）が格納される。
【００５５】
取り付け角度算出部３２は、速度センサ２と電気的に接続され、典型的には、ＣＰＵ、ＲＯＭ及びＲＡＭとを含む。ＣＰＵは、ＲＯＭに予め格納されるコンピュータプログラムを、ＲＡＭを使って実行する。コンピュータプログラムの実行中、取り付け角度算出部３２は、位置情報格納部３１に格納される距離情報、加速度センサ１０から得られる各加速度、角速度センサ１１から得られる角速度、及び速度センサ２から得られる車速を用いて、筐体の取り付け角度を算出する。
【００５６】
次に、以上のような構成の取り付け角度算出装置３の処理を詳細に説明する。図９に示すように、筐体は、車両座標系において、重心からＸ軸及びＹ軸方向にそれぞれ距離ｄ及びＬだけ離れている。また、移動体が旋回すると、加速度センサ１０の出力値は、旋回により発生する角速度γの影響を受ける。この場合において、筐体にかかるＸ軸方向への加速度をａｘとおくと、ａｘは、次式（２７）で表される。
【００５７】
【数１４】
2005147696.tif 000016
【００５８】
また、移動体の旋回時に、筐体にかかるＹ軸方向への加速度をａｙとおくと、ａｙは、次式（２８）で表される。
ａｙ＝ｄ・γ    …（２８）
【００５９】
このような場合、前式（１８）及び（１９）の導出と同様にして、重心にかかるＸ軸及びＹ軸方向への加速度ＸＳ及びＹＳは、次式（２９）及び（３０）のように表される。
【００６０】
【数１５】
2005147696.tif 000017
【００６１】
上式（２９）及び（３０）から、ｃｏｓθを消去することにより、次式（３１）が得られる。
【００６２】
【数１６】
2005147696.tif 000018
【００６３】
上式（３０）と前式（２１）から、φは次式（３１）で表される。また、算出されたφを上式（３０）に代入した上で同式を整理することにより、次式（３２）で表されるθを得ることができる。
【００６４】
【数１７】
2005147696.tif 000019
【００６５】
上式（３１）及び（３２）において、Ｖ、Ｌ、γ、ＸＳ、ＹＳ、Ａ及びｄはいずれも、前述から明らかなように既知である。
【００６６】
次に、図１０のフローチャートを参照して、上記のような算出方法が組み込まれた取り付け角度算出部３２の処理について説明する。図１０において、取り付け角度算出部３２は、取り付け角度算出部１２で行われるステップＳ１（図７参照）と同様にして、移動速度Ｖ、加速度（Ｘｓ，Ｙｓ）及び角速度γを取得する（ステップＳ４）。
次に、取り付け角度算出部３２は、取り付け角度算出部１２におけるステップＳ２と同様にして、ステップＳ４で得られた加速度（Ｘｓ，Ｙｓ）を補正する（ステップＳ５）。
また、取り付け角度算出部３２は、位置情報格納部３１から、距離（Ｌ，ｄ）を取得する（ステップＳ６）。
【００６７】
以上のステップＳ４−Ｓ６の実行後、取り付け角度算出部３１は、取り付け角度φ及びθを算出する（ステップＳ７）。具体的には、取り付け角度算出部３１は、ステップＳ４で得られた移動速度Ｖ及び角速度γ、ステップＳ５で得られた補正加速度ＸＳ及びＹＳ、並びにステップＳ６で得られた距離Ｌを、前式（３１）に代入して、取り付け角度φを算出する。また、取り付け角度算出部３１は、ステップＳ４で得られた移動速度Ｖの微分値を加速度Ａとして算出した後、ステップＳ４で得られた角速度γ、今回算出した加速度ＡステップＳ５で得られた補正加速度ＸＳ及びＹＳ、並びにステップＳ６で得られた距離ｄから、前式（３２）に従って、取り付け角度θを算出する。
【００６８】
なお、取り付け角度算出部３２は、取り付け角度算出部１２の場合と同様に、各取り付け角度φ及びθを使って統計的手法を行って、偏りの少ない取り付け角度φ*及びθ*を導出してもよい。
【００６９】
以上のように、取り付け角度算出装置３によれば、移動体の重心と筐体とが同じ位置であっても、互いに異なる位置にあっても、２軸方向への加速度から、筐体の取り付け角度φ及びθを算出することができる。これによって、ナビゲーションシステムに実装し易い、取り付け角度算出装置３を提供することが可能となる。
なお、本変型例では、移動体の重心位置は固定値であったが、実際には、移動体の加速及び減速により移動体の重心位置は変わるので、取り付け角度算出部３２は、移動体の加速度及び／又は移動速度に代表されるパラメータから経時変化する重心の位置を導出して、導出した重心位置から筐体までの距離（Ｌ，ｄ）を導出することがより好ましい。
（応用例）
【００７０】
図１１は、前述の取り付け角度算出装置１を組み込んだ自律航法センサ４の構成を示すブロック図である。図１１において、自律航法センサ４は、典型的にはナビゲーションシステムに組み込まれており、速度センサ２と接続される取り付け角度算出装置１以外に、加速度補正部４１、傾斜角算出部４２、角速度補正部４３及び方位角算出部４４とを備える。
【００７１】
加速度補正部４１は、加速度センサ１０から加速度Ｙｓ及びＸｓを受け取り、さらに取り付け角度算出部１２から取り付け角度θ*及びφ*を受け取る。加速度補正部４１は、受け取った加速度Ｙｓ及びＸｓと、受け取った取り付け角度θ*及びφ*とを使って、Ｙ軸方向への慣性加速度Ａ*を求める。具体的には、前式（１８）及び（１９）から、Ｖ・γのパラメータを消去すると、慣性加速度Ａ*を求めるための次式（３３）が得られる。
【００７２】
【数１８】
2005147696.tif 000020
【００７３】
加速度補正部４１は、取り付け角度θ*及びφ*を上式（３３）に代入して、慣性加速度Ａ*を導出する。このようにして導出した慣性加速度Ａ*を、加速度補正部４１は、傾斜角算出部４２に渡す。
【００７４】
傾斜角算出部４２は、速度センサ２から移動速度Ｖを受け取り、さらに加速度補正部４２から慣性加速度Ａ*を受け取る。傾斜角算出部４２は、受け取った慣性加速度Ａ*及び移動速度Ｖから、移動体が現在位置する面が水平面に対しどの程度傾斜しているかを示す傾斜角Θを算出する。以下、図１２を参照して、傾斜角Θの具体的な算出方法について説明する。図１２は、移動体としての車両が傾斜角Θの路面を移動している状態を示す模式図である。図１２に示すように、移動体の進行方向には、慣性加速度Ａ*に加え、重力加速度Ｇについて斜面方向の成分ＧsinΘが発生する。今、速度センサ２からの移動速度Ｖを微分して得られる加速度をＡとすると、Ａ*及びＡの間には、以下の関係式（３４）が成り立つ。
【００７５】
【数１９】
2005147696.tif 000021
【００７６】
従って、傾斜角Θは、次式（３５）で表される。
【００７７】
【数２０】
2005147696.tif 000022
【００７８】
傾斜角算出部４２は、受け取った加速度Ａ*と、自身が算出可能な加速度Ａを、上式（３５）に代入して、傾斜角Θを算出する。以上のようにして算出した傾斜角Θを、傾斜角算出部４２は、角速度補正部４３に渡す。
角速度補正部４３は、傾斜角Θ以外にも、取り付け角度算出部１２から取り付け角度φ及びθを受け取り、さらに、角速度センサ１１から角速度γを受け取る。角速度補正部４３は、受け取った傾斜角Θ並びに取り付け角度φ及びθを使って、受け取った角速度γを補正する。具体的には、自律航法センサ４が取得したい角速度は、移動体が現在位置する面の法線回りの角速度であるが、角速度センサ１１の軸は、取り付け角度φ及びθと、さらには面の傾斜角Θとにより、法線の向きとは異なる方向を向いている。それ故、法線回りの角速度をγ*とおくと、γ*は、次式（３６）で表される。
【００７９】
【数２１】
2005147696.tif 000023
【００８０】
角速度補正部４３は、受け取った傾斜角Θ、取り付け角度φ及びθ、並びに角速度γを上式（３６）に代入して、移動体が現在位置する面の法線回りの角速度γ*を導出して、方位角算出部４４に渡す。
方位角算出部４４は、受け取った角速度γ*を積算して、移動体の方位角を算出する。
【００８１】
以上のように、自律航法センサ４によれば、取り付け角度θ及びφに応じて、加速度センサ１０が検出した加速度Ｙｓ及びＸｓと、角速度センサ１１が検出した角速度γを補正して、より正確な慣性加速度Ａ*及び角速度γ*を導出することが可能となる。
なお、以上の応用例においては、自律航法センサ４は、取り付け角度算出装置１を備えるとして説明したが、取り付け角度算出装置３を備えるように構成されても構わない。
また、以上の応用例では、好ましい例として、図１１に示す取り付け角度算出装置１が取り付け角度θ*及びφ*を出力すると説明した。しかし、これに限らず、角度算出装置１は、取り付け角度θ及びφを出力しても構わない。
【産業上の利用可能性】
【００８２】
本発明に係る取り付け角度算出装置は、多くとも２方向の加速度を検出する加速度センサの出力値を使って筐体の取り付け角度を算出するという特徴を有し、ナビゲーションシステム等として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００８３】
【図１】本発明の一実施形態に係る取り付け角度算出装置１の構成を示すブロック図
【図２】図１に示す取り付け角度算出装置１により算出される取り付け角度θを示す模式図
【図３】図１に示す取り付け角度算出装置１により算出される取り付け角度φを示す模式図
【図４】図２又は図３に示す車両座標系をＸ軸回りに角度θだけ回転させた座標系を示す模式図
【図５】図４に示す回転後の車両座標系を、Ｚｐ軸回りに角度φだけさらに回転させた座標系を示す模式図
【図６】図１に示す取り付け角度算出装置１が設置される移動体としての車両が旋回する様子を示す模式図
【図７】図１に示す取り付け角度算出部１２の処理手順を示すフローチャート
【図８】図１に示す取り付け角度算出装置１の変型例に係る取り付け角度算出装置３の構成を示すブロック図
【図９】図８に示す取り付け角度算出装置３と、移動体の重心位置との位置関係を示す模式図
【図１０】図８に示す取り付け角度算出装置３２の処理手順を示すフローチャート
【図１１】図１に示す取り付け角度算出装置１を組み込んだ自律航法センサ４の構成を示すブロック図
【図１２】図１１に示す傾斜角算出部４２で算出される傾斜角Θを示す模式図
【符号の説明】
【００８４】
１，３  取り付け角度算出装置
１０  加速度センサ
１１  角速度センサ
１２，３２  取り付け角度算出部
１３  補正値格納部
３１  位置情報格納部
２  速度センサ
４  自律航法センサ
４１  加速度補正部
４２  傾斜角算出部
４３  角速度補正部
４４  方位角算出部
【図１】
2005147696.tif 000024
【図２】
2005147696.tif 000025
【図３】
2005147696.tif 000026
【図４】
2005147696.tif 000027
【図５】
2005147696.tif 000028
【図６】
2005147696.tif 000029
【図７】
2005147696.tif 000030
【図８】
2005147696.tif 000031
【図９】
2005147696.tif 000032
【図１０】
2005147696.tif 000033
【図１１】
2005147696.tif 000034
【図１２】
2005147696.tif 000035